[发明专利]碳纳米管复合体和碳纳米管线材

说明书

本发明提供碳纳米管复合体，其与现有的碳纳米管复合体相比，能够在实现进一步的低电阻化的同时，实现与铜、铝同等的电阻率，并且在高温环境下也能够大幅地提高电特性。CNT复合体(11)具有：将多个具有2层的层结构的CNT(11a)、(11a)、...集束在一起而成的CNT束(11A)、和以排列的方式被导入上述多个CNT(11a)、(11a)、...间的空隙部(11B)的异种元素组(12)。

技术领域

本发明涉及碳纳米管复合体和将该碳纳米管复合体集束在一起而成的碳纳米管线材，所述碳纳米管复合体是通过在将多个碳纳米管集束在一起而成的碳纳米管束中掺杂异种元素而得到。

背景技术

目前为止，作为汽车、产业设备等各种领域中的电力线、信号线，使用包括由一个或多个线材构成的芯线和被覆该芯线的绝缘被覆而构成的电线。作为构成芯线的线材的材料，通常从电特性的观点考虑，使用铜或铜合金，但近年来，从轻质化的观点考虑，提出了铝或铝合金。例如，铝的比重为铜的比重的约1/3，铝的电导率为铜的电导率的约2/3(以纯铜为100％IACS的基准的情况下，纯铝约为66％IACS)，为了在铝线材中流过与铜线材相同的电流，必须使铝线材的截面积增大至铜线材的截面积的约1.5倍，即使使用如上所述使截面积增大的铝线材，由于铝线材的质量为纯铜线材的质量的一半左右，因此从轻质化的观点考虑，使用铝线材也是有利的。

基于上述这样的背景，近年来，汽车、产业设备等的高性能化、高功能化不断发展，与此同时，各种电气设备、控制设备等的配设数目增加，并且这些设备中所使用的电气配线体的配线数也有增加的趋势。此外，另一方面，为了应对环境而改善汽车等移动体的燃料消耗量，强烈地希望线材的轻质化。

作为用于实现进一步轻质化的新手段之一，新提出了利用碳纳米管作为线材的技术。碳纳米管为由单层具有六边形网格结构的筒状体或者大致同轴配置的多层构成的三维网眼结构体，在轻质的同时，导电性、容许电流、弹性、机械强度等特性优异，因此，作为替代在电力线、信号线中所使用的金属的材料而受到关注。

碳纳米管的比重约为铜的比重的1/5(约为铝的1/2)，另外，碳纳米管单体与铜(电阻率1.68×10^-6Ω·cm)相比显示高导电性。因此，理论上，如果将多个碳纳米管捻合而形成碳纳米管集合体，则可以实现进一步的轻质化、高电导率。但是，将nm单位的碳纳米管捻合而制作μm～mm单位的碳纳米管集合体的情况下，存在碳纳米管间的接触电阻、内部缺陷形成导致线材整体的电阻值增大的问题，因此，难以将碳纳米管直接作为线材使用。

因此，作为提高碳纳米管集合体的导电性的方法之一，提出了控制作为构成单元的碳纳米管的网眼结构(手性)、对碳纳米管实施掺杂处理的方法。

例如，存在使用至少1种掺杂剂对2层和多层的碳纳米管实施掺杂处理的方法。该方法中，在形成碳纳米管时或者在形成碳纳米管线材后，通过溅射、喷雾、浸渍或气相导入来实施掺杂处理，制作具有掺杂剂的碳纳米管线材，所述掺杂剂包含碘、银、氯、溴、氟、金、铜、铝、钠、铁、锑、砷或者它们的组合。由此能够获得高比电导率、低电阻率、高导体容许电流和热稳定性等电特性(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2014-517797号公报

发明内容

发明要解决的课题

其中，已知铜、铝等金属材料由于温度上升，晶格振动变大，电阻增大。例如与电动汽车等车辆的轮毂同轴安装的轮内马达的卷线材料能够在约110℃(383.15K)的温度环境下使用，但与在和车辆室内同等的温度环境下使用的情形相比，损失了约33％的电能。因此，从能量效率的提高以及车辆的高性能化的观点考虑，需要能够在高温环境下作为线材使用时减少电能损失的替代材料。